Begriff Energiezelle

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Begriff Energiezelle

Definition

von der Umge­bung abge­grenz­tes und gleich­zei­tig über Schnitt­stel­len ver­bun­de­nes Ener­gie­sys­tem aus mit­tels Sek­tor­kopp­lung ver­bun­de­nen Kom­po­nen­ten der Ener­gie­in­fra­struk­tur (1) ver­schie­de­ner Ener­gie­for­men (2), deren Funk­tio­nen ein auto­no­mes Ener­gie­zel­len­ma­nage­ment (3) mit Opti­mie­rung von Erzeu­gung und Ver­brauch im Sys­tem über alle vor­han­de­nen Ener­gie­for­men in Ver­bin­dung mit dem Aus­tausch von Pro­duk­ten und Dienst­leis­tun­gen über bidi­rek­tio­na­le Flüs­se von Ener­gie und Infor­ma­ti­on zu phy­si­ka­li­schen Nach­bar­zel­len sowie zu nicht loka­len defi­nier­ten vir­tu­el­len Markt­zel­len (4) ermöglichen

Quel­le: Kieß­ling, A., & Arndt, S. (2020); von VDE ETG/ITG AK Ener­gie­ver­sor­gung 4.0 abge­lei­te­te und erwei­ter­te Definition

Eng­li­sches Glos­sar: ener­gy cell

Abkür­zung: kei­ne

Bemer­kung:

(1) Zur Ener­gie­in­fra­struk­tur wer­den alle Betriebs­mit­tel (Assets: Schicht A) gezählt, die zur Wand­lung von Ener­gie, zu deren Trans­port und Ver­tei­lung sowie zur Spei­che­rung ein­ge­setzt werden.

(2) Ener­gie­for­men umfas­sen u.a. Elek­tri­zi­tät, Gas, Wär­me und Ener­gie­trä­ger für Mobilität.

(3) Zum Ener­gie­zel­len­ma­nage­ment zäh­len alle Schnitt­stel­len der Sys­tem­nut­zer (Schicht D), Betriebs­füh­rung- und Leit­tech­nik­kom­po­nen­ten (Schicht C) sowie Digi­ta­li­sie­rungs­kom­po­nen­ten (Schicht B) mit Unter­stüt­zungs­funk­tio­nen (Basis­kom­po­nen­ten), Mess- und Steu­er­ein­rich­tun­gen (Zugriffs­kom­po­nen­ten) sowie gesi­cher­te Kommunikationskomponenten

(4) Ener­gie­zel­len kön­nen zu umfas­sen­de­ren Ener­gie­zel­len ver­bun­den wer­den. Es gibt somit Zel­len auf der glei­chen Stu­fe sowie auf über­ge­la­ger­ten und unter­la­ger­ten Stufen.

Beziehungen

Weitere Erläuterungen zum Begriff Energiezelle

Begriff und Hauptfunktionen

Der Begriff umfasst ein von der Umge­bung abge­grenz­tes als auch über Schnitt­stel­len ver­bun­de­nes Sys­tem aus Erzeu­gern, Spei­chern, Ver­brau­chern und Net­zen der Ener­gie­for­men Strom, Wär­me und Gas sowie auch wei­te­rer Infra­struk­tu­ren der Kom­mu­ni­ka­ti­on und Logis­tik. Ihre Funk­tio­nen erlau­ben das auto­no­me Manage­ment mit Opti­mie­rung von Ange­bot und Nach­fra­ge über alle Ener­gie­for­men inner­halb des Sys­tems in Ver­bin­dung mit dem Aus­tausch von Pro­duk­ten und Dienst­leis­tun­gen zu Ener­gie und Infor­ma­ti­on über die Sys­tem­gren­zen hin­aus zu Nach­barn sowie zu regio­na­len und über­re­gio­na­len Märkten.

Motivation zum Vorschlag eines zellulären Energiesystems im Projekt C/sells

Das erneu­er­ba­re Ener­gie­sys­tem ent­wi­ckelt sich dezen­tra­ler und viel­fäl­ti­ger mit höhe­rem Grad an auto­no­mer Eigen­ge­stal­tung in Gebäu­den, Quar­tie­ren, Area­len und Regio­nen, wor­aus zuneh­men­de Kom­ple­xi­tät resul­tiert. Wach­sen­de Kom­ple­xi­tät birgt auch Gefah­ren und kann in das Cha­os füh­ren. Aber Wis­sen­schaft und Tech­nik zei­gen uns den Weg aus dem Dilem­ma, die Zer­le­gung eines Gesamt­sys­tems in auto­no­me und gleich­zei­tig ver­bun­de­ne Teil­sys­te­me. Pro­jek­te wie Modell­stadt Mann­heim und C/sells nen­nen die­se Teil­sys­te­me Zel­len. Das zel­lu­lä­re Archi­tek­tur­kon­zept ist somit tech­ni­sche Not­wen­dig­keit zur Beherr­schung eines kom­ple­xen Sys­tems. Es bie­tet aber eben­so neue, viel­fäl­ti­ge Mög­lich­kei­ten zur Gestal­tung des Ener­gie­sys­tems und wird somit wie­der­um zur Grund­la­ge von Par­ti­zi­pa­ti­on. Der Begriff Zel­le wird sowohl auf bekann­te regu­lier­te Struk­tu­ren wie Regel­zo­nen oder Ver­teil­net­ze als auch auf neue Zell­ty­pen wie Gebäu­de, Quar­tie­re, Area­le oder Zusam­men­schlüs­se von Akteu­ren in der Ener­gie-Com­mu­ni­ty angewendet.

Es gilt eine Orga­ni­sa­ti­ons­struk­tur zu ent­wi­ckeln, die

  • auf der tech­ni­schen Ebe­ne die Koor­di­na­ti­on der vie­len dezen­tra­len Erzeu­gungs- und Spei­cher­an­la­gen sowie Ver­brau­cher durch auto­no­me Funk­tio­nen ermög­licht sowie die Erhal­tung der Sta­bi­li­tät im Gesamt­sys­tem durch die Bereit­stel­lung geeig­ne­ter Koor­di­na­ti­ons­in­stru­men­te garan­tiert (z.B. Flexibilitätsplattform),
  • auf einer sozi­al-öko­lo­gi­schen Ebe­ne Gestal­tungs- und Betei­li­gungs­mög­lich­kei­ten für Ein­zel­per­so­nen, Lie­gen­schaf­ten und Com­mu­nities eröff­net und für die gerech­te Ver­tei­lung von Kos­ten und Las­ten zwi­schen den Regio­nen und den Akteu­ren der Bun­des­re­pu­blik sowie im euro­päi­schen Ver­bund sorgt.

Einer­seits besteht wei­ter­hin die von oben nach unten geglie­der­te, hier­ar­chi­sche Struk­tur von Regel­zo­nen und Ver­teil­net­zen als Zel­len, die zukünf­tig mit geteil­ter Sys­tem­ver­ant­wor­tung im Rah­men der Abstim­mungs­kas­ka­deorga­ni­siert wird. Gleich­zei­tig schlägt C/sells eine von unten nach oben dezen­tral orga­ni­sier­te Struk­tur vor, die in Zel­len wie Gebäu­den, Quar­tie­ren, Area­len und Com­mu­nities zuge­hö­ri­ge Erzeu­ger, Spei­cher und Ver­brau­cher als auto­nom orga­ni­sier­te Ener­gie­sys­te­me zusam­men­ge­fasst. Hier­zu ermög­licht C/sells den Regio­na­li­sier­ten Han­del für Ener­gie und Fle­xi­bi­li­tät. Die­se auto­no­men Zel­len sind digi­tal ver­netzt und inte­grie­ren sich mit­tels des Infra­struk­tur-Infor­ma­ti­ons­sys­tems als C/sells-Basis­in­stru­ment der Digi­ta­li­sie­rung in das bestehen­de Energieverbundsystem.

Inner­halb eines über­ge­ord­ne­ten recht­li­chen Rah­mens mit gemein­sa­men Regeln erhal­ten die­se Teil­sys­te­me ver­schie­de­ne Optio­nen der Teil­nah­me am Ver­bund­sys­tem. So koope­rie­ren alle Ebe­nen und die Teil­sys­te­me über­neh­men Funk­tio­nen und Auf­ga­ben heu­ti­ger zen­tra­ler Struk­tu­ren. Die­se Orga­ni­sa­ti­ons­struk­tur nen­nen wir in C/sells zel­lu­lä­re Orga­ni­sa­ti­on. Zel­len besit­zen dabei fol­gen­de Funktionen:

  • Sie über­neh­men die Ver­ant­wor­tung für das Manage­ment von zum eige­nen Bedarf benö­tig­ter Ener­gie und Flexibilität.
  • Ener­gie und Fle­xi­bi­li­tät wird eben­so extern am Ener­gie­markt sowie zur Unter­stüt­zung der Net­ze und des Gesamt­sys­tems bereitgestellt.
  • Dabei kön­nen neben dem vor­ran­gi­gen Aus­gleich von Erzeu­gung und Ver­brauch inner­halb der Zel­le auch regio­na­le Ener­gie­pro­duk­te zwi­schen den Zel­len und zum Aus­tausch zwi­schen Nach­barn ange­bo­ten werden.
  • Im Not­fall funk­tio­nie­ren Zel­len im Insel­netz­be­trieb und unter­stüt­zen beim Netzwiederaufbau.
  • Die Mög­lich­keit zur Aggre­ga­ti­on von Daten für über­ge­la­ger­te Ebe­nen unter­stützt die Zie­le zum Daten­schutz und zur Datensparsamkeit.

 

 

Abbil­dung: Bildunterschrift

Verweise

[Kieß­ling, A., & Arndt, S. (2020)] SIN­TEG-Pro­jekt C/sells / DKE/DIN GAK 111.0.5. Draft zu Public avail­ab­le spe­ci­fi­ca­ti­on (PAS) Ter­mi­no­lo­gie „Zel­lu­lä­res, intel­li­gen­tes Ener­gie­sys­tem. Frank­furt, April 2020

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Andreas Kießling hat in Dresden Physik studiert und lebt im Raum Heidelberg. Er beteiligt sich als Freiberufler und Autor an der Gestaltung nachhaltiger Lebensräume und zugehöriger Energiekreisläufe. Dies betrifft Themen zu erneuerbaren und dezentral organisierten Energien. Veröffentlichungen als auch die Aktivitäten zur Beratung, zum Projektmanagement und zur Lehre dienen der Gestaltung von Energietechnologie, Energiepolitik und Energieökonomie mit regionalen und lokalen Chancen der Raumentwicklung in einer globalisierten Welt.

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